JPH066739U - 静圧気体軸受スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホワール（不安定な自励振動）の抑制 【構成】 第１の軸受スリーブ６および第２の軸受スリ
ーブ７は、それぞれ、弾性体例えば一対のＯリング８、
９を介してハウジング１に弾性支持される。スペーサ１
０は、ハウジング１に対して嵌合固定される。第１の軸
受スリーブ６は、スペーサ１０との間に圧縮介在した弾
性体例えばＯリング１５によってスラスト板２ａ側に弾
圧される。そのため、当り面６ｃが位置決め面１ｃに弾
性的に接触する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高速で回転する主軸を静圧気体軸受によって非接触支持する静圧気 体軸受スピンドル装置に関し、精密加工機、小径穴明け機、静電塗装機等に利用 することができる。

【０００２】

【従来の技術】

静圧気体軸受は、気体の静圧を利用して主軸を非接触支持するもので、摩擦損 失が非常に少ないため、高速回転スピンドルの軸受として広く用いられている。 このような静圧気体軸受を用いたスピンドル装置の一例を図４に示す。このスピ ンドル装置は、ハウジング４１の内径部に回転自在に収容した主軸４２を、２個 のジャーナル気体軸受４３、４４と１個のスラスト気体軸受４５とで非接触支持 するものである。ハウジング４１の内径部には、第１および第２の軸受スリーブ ４６、４７がステータ４９を挟んで嵌合固定されている。

【０００３】 第１の軸受スリーブ４６は、主軸２の外径面に微小なジャーナル軸受隙間を介 して対向するジャーナル軸受面４６ａと、主軸２に設けられたスラスト板２ａの 一方の端面にスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸受面４６ｂとを有す る。このスラスト軸受面４６ｂは、スラスト板２ａを挟んで対向配置されたスラ スト軸受部材４８のスラスト軸受面４８ｂと対をなして１個のスラスト気体軸受 を構成する。

【０００４】 第２の軸受スリーブ４７は、主軸２の外径面にジャーナル軸受隙間を介して対 向するジャーナル軸受面４７ａを有する。

【０００５】 第１および第２の軸受スリーブ４６、４７、スラスト軸受部材４８には、それ ぞれ、給気ノズル４６ｃ、４６ｄ、４７ｃ、４８ｄが設けられている。ハウジン グ４１の給気通路４１ａを介して供給された圧縮気体は、各給気ノズルから各軸 受隙間に流入する。

【０００６】 ステータ４９は、主軸４２の中央部分に設けられたロータ４２ｂに対向してお り、ステータ４９に電流を通じると主軸４２が励磁回転する。そして、主軸４２ は、各軸受隙間に流入した圧縮気体の静圧によって回転自在に非接触支持されな がら高速で回転する。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上記構成のスピンドル装置では、１次危険速度の約２倍の回転数でホワールと 呼ばれる不安定な自励振動が生じ、それ以上高速では運転が困難となる。従来よ り、このホワールの発生を抑制し、より一層高速で回転するための手段として、 第１および第２の軸受スリーブ４６、４７をＯリング等の弾性体でハウジング４ １に対して弾性的に支持し、弾性体の減衰作用を利用して主軸４２の振動を吸収 するようにしたものが知られている。この構成は簡便でしかもホワールの抑制効 果に優れているため、主に、歯科用ハンドピース等において実用化されている。 しかしながら、この構成は、歯科用ハンドピース等のように主軸が小型・軽量で 外部から付加される荷重も小さい場合には問題はないが、加工機等のスピンドル 装置のように回転精度や剛性を必要とする場合には、以下に説明するような問題 点が生じる。

【０００８】 すなわち、第１および第２の軸受スリーブ４６、４７をＯリング等の弾性体で 支持する場合、弾性体の形状誤差が軸受隙間に比べ非常に大きいため、ジャーナ ル軸受面４６ａ、４７ａとスラスト軸受面４６ｂ、４８ｂとの直角度および２つ のスラスト軸受面４６ｂ、４８ｂ相互の平行度がくずれ、軸受性能が低下したり 、主軸４２とこれら軸受面とが接触してしまう可能性がある。これを避けるため には軸受隙間を大きくすれば良いが、逆に、軸受の支持剛性が低下し、圧縮気体 の消費量が増大してしまう。

【０００９】 また、Ｏリング等の弾性体は金属に比べて熱伝導率が小さいので、高速回転時 に軸受隙間内の気体が剪断されて生じる熱が外部に逃げにくい。そのため、軸受 スリーブの温度が他の部分よりも上昇し易く、熱変形による軸受隙間の減少、そ れに伴う軸受性能の低下が懸念される。

【００１０】 以上の理由から、軸受スリーブをハウジングに対して弾性支持した構成のスピ ンドル装置は、歯科用ハンドピース以外には実用化が殆ど進んでいないのが実状 である。本考案は、このような問題点をふまえ、加工機等のスピンドル装置の高 速化さらには小型・軽量化を図ることをその目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案の静圧気体軸受スピンドル装置は、ハウジングの内径部に回転自在に収 容した主軸を、ジャーナル気体軸受とスラスト気体軸受とでラジアル方向および スラスト方向に非接触支持するものにおいて、

【００１２】 主軸の外径面にジャーナル軸受隙間を介して対向するジャーナル軸受面、およ び、主軸に設けられたスラスト板の端面にスラスト軸受隙間を介して対向するス ラスト軸受面を具え、ハウジングに対して弾性的に支持された第１の軸受スリー ブと、

【００１３】 主軸の外径面にジャーナル軸受隙間を介して対向するジャーナル軸受面を具え 、ハウジングに対して弾性的に支持された第２の軸受スリーブと、

【００１４】 第１の軸受スリーブと第２の軸受スリーブとの間に位置し、ハウジングに対し て位置決め固定されたスペーサとを有するものであって、

【００１５】 第１の軸受スリーブにラジアル方向外側に突出した当り面を設けると共に、こ の当り面よりもスラスト板側の位置においてラジアル方向内側に突出した位置決 め面をハウジング側に設け、かつ、第１の軸受スリーブとスペーサとの間に弾性 体を圧縮介在させ、第１の軸受スリーブをこの弾性体でスラスト板側に弾圧する ことにより、前記当り面を位置決め面にスラスト方向に弾性的に接触させたもの である。

【００１６】 また、上記構成において、当り面および位置決め面を、第１の軸受スリーブの スラスト軸受面の近傍に設けた。

【００１７】 さらに、当り面および位置決め面のうち少なくとも一方に、表面処理を施した 。

【００１８】

【作用】

第１および第２の軸受スリーブをハウジングに対して弾性的に支持することに より、主軸からこれら軸受スリーブに伝播される振動が減衰され、ホワールの発 生が抑制される。

【００１９】 また第１の軸受スリーブの当り面をハウジング側の位置決め面に弾性的に接触 させ、第１の軸受スリーブをスラスト方向に位置決めすることにより、ジャーナ ル軸受面とスラスト軸受面との直角度、および、スラスト軸受面相互の平行度が 常時維持される。

【００２０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に従って説明する。

【００２１】 図１に示すように、この実施例のスピンドル装置は、筒状のハウジング１の内 径部に回転自在に収容された主軸２、主軸２をラジアル方向およびスラスト方向 に非接触支持する２個のジャーナル気体軸受３、４および１個のスラスト気体軸 受５を主要な要素として構成される。尚、主軸２はラジアル方向外側に突出した スラスト板２ａを具え、図示されていないＤＤモータ、エアータービン等の回転 手段により回転駆動される。

【００２２】 ハウジング１の内径部には、第１の軸受スリーブ６および第２の軸受スリーブ ７が間隔を隔てて配置され、スペーサ１０が両者の間に僅かな隙間をもって介在 している。第１の軸受スリーブ６および第２の軸受スリーブ７は、それぞれ、弾 性体例えば一対のＯリング８、９を介してハウジング１に弾性支持される。スペ ーサ１０は、ハウジング１に対して嵌合固定される。

【００２３】 第１の軸受スリーブ６は、主軸２の外径面にジャーナル軸受隙間を介して対向 するジャーナル軸受面６ａと、スラスト板２ａの一方の端面にスラスト軸受隙間 を介して対向するスラスト軸受面６ｂと、スラスト軸受面６ｂの近傍に位置しラ ジアル方向外側に突出した当り面６ｃとを有する。スラスト軸受面６ｂは、スラ スト板２ａを介して対向配置されたスラスト軸受部材１１のスラスト軸受面１１ ｂと対をなして１個のスラスト気体軸受５を構成する。また、第１の軸受スリー ブ６には、ジャーナル軸受隙間に連通した給気ノズル６ｄと、スラスト軸受隙間 に連通した給気ノズル６ｅが設けられている。これらの給気ノズル６ｄ、６ｅは 、いずれも、給気チャンバ１２を介してハウジング１の給気通路１ａに連通して いる。尚、スラスト軸受部材１１にも、給気通路１ａに連通した給気ノズル１１ ｅが設けられている。

【００２４】 第２の軸受スリーブ７は、主軸２の外径面にジャーナル軸受隙間を介して対向 するジャーナル軸受面７ａを有する。また、第２の軸受スリーブ７には、ジャー ナル軸受隙間に連通する給気ノズル７ｄが設けられている。この給気ノズル７ｄ は、給気チャンバ１３を介して給気通路１ａに連通している。

【００２５】 図２に拡大して示すように、ハウジング１の内径部の一部には、第１の軸受ス リーブ６の当り面６ｃよりもスラスト板２ａ側の位置においてラジアル方向内側 に突出し、当り面６ｃに接触可能な位置決め面１ｃが設けられている。尚、ハウ ジング１の内径部の一部を突出させる代わりに、ラジアル方向の平滑面を有する 別体のリング等を嵌合固定するようにしても良い。この位置決め面１ｃは、第１ の軸受スリーブ６をスラスト方向に位置決めするためのものである。すなわち、 第１の軸受スリーブ６とスペーサ１０との間に、弾性体例えばＯリング１５を圧 縮介在させ、第１の軸受スリーブ６をスラスト板２ａ側に弾圧し、当り面６ｃを 位置決め面１ｃに接触させることにより、スラスト方向への移動を規制するので ある。その一方で、当り面６ｃの外径端とハウジング１との間に僅かな移動隙間 Ｓを設け、第１の軸受スリーブ６をラジアル方向に移動可能としてある。この移 動隙間Ｓは、Ｏリング８が最大限圧縮された状態で、第１の軸受スリーブ６とハ ウジング１とが接触しない程度の寸法に設定されている。このような構成にした 結果、第１の軸受スリーブ６は、位置決め面１ｃによってスラスト方向に位置決 めされ、Ｏリング８の弾性変形に応じて、ラジアル方向にのみ自由に移動し得る ことになる。

【００２６】 圧縮気体は給気通路１ａを通って給気チャンバ１２、１３に供給され、各給気 ノズルから各軸受隙間に流入し、主軸２を第１および第２の軸受スリーブ６、７ に対して非接触で支持する。軸受隙間から流出した圧縮気体は排気通路１７、１ ８、１９を通って外部に排出される。

【００２７】 主軸２が高速で回転する際、第１および第２の軸受スリーブ６、７に伝播する 主軸２のラジアル方向の振動がＯリング８、９の弾性変形によって減衰されるた め、ホワールの発生が抑制される。そのため、１次危険速度の２倍を超える高速 回転においても、安定した運転状態が維持される。また、第１の軸受スリーブ６ がスラスト方向に位置決めされ、ラジアル方向にのみ移動が許容されるため、Ｏ リング６、７の形状誤差に関係なく、ジャーナル軸受面６ａ、７ａとスラスト軸 受面６ｂ、１１ｂとの直角度およびスラスト軸受面６ｂ、１１ｂ相互の平行度が 常に維持される。さらに、当り面６ｃがスラスト軸受面６ｂの近傍に設けられて いるため、第１の軸受スリーブ６のスラスト板２ａ側への熱膨張量が小さく（寸 法Ｌが小さいため）、温度上昇によるスラスト軸受隙間の減少が生じにくい。し たがって、このスピンドル装置は、回転精度や剛性を必要とする加工機のスピン ドル装置等に適用された場合にも、最適な性能を発揮する。

【００２８】 図３に示す実施例は、当り面６ｃと位置決め面１ｃの表面に黒鉛、二硫化モリ ブデン、フッソ樹脂等の固体潤滑剤からなる被膜層６ｃ１、１ｃ１を形成したも のである。当り面６ｃと位置決め面１ｃとの間の摩擦係数を小さくし、第１の軸 受スリーブ６のラジアル方向への移動を妨げないようにするためである。この他 、無電解ニッケルめっき、クロムめっき、陽極酸化処理等、摺動性、耐摩耗性に 優れた表面処理を施すことによって、同様の効果を得ることができる。あるいは 、第１の軸受スリーブ６自体を、固体潤滑剤を含む焼結金属で形成するようにし ても、同様の効果が得られる。尚、表面処理は、当り面６ｃと位置決め面１ｃの うち少なくとも一方に施せば良い。

【００２９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、静圧気体軸受を構成する第１および第 ２の軸受スリーブをハウジングに対して弾性的に支持するようにしたので、主軸 からこれら軸受スリーブに伝播されるラジアル方向の振動が減衰され、ホワール の発生が抑制される。これにより、スピンドル装置の高速化が達成される。

【００３０】 また、第１の軸受スリーブに当り面を設け、これをハウジング側の位置決め面 に弾性的に接触させるようにしたので、第１の軸受スリーブがスラスト方向に位 置決めされ、ジャーナル軸受面とスラスト軸受面との直角度、および、スラスト 軸受面相互の平行度が常時維持される。

【００３１】 さらに、当り面をスラスト軸受面の近傍に設けることにより、第１の軸受スリ ーブの熱膨張によるスラスト軸受隙間の減少が緩和される。

【００３２】 しかも、当り面と位置決め面のうち少なくとも一方に表面処理を施すことによ り、第１の軸受スリーブのラジアル方向への移動がスムースになり、ホワールの 抑制効果が一層向上する。

【００３３】 以上により、本考案の静圧気体軸受スピンドル装置は、回転精度や剛性を必要 とする加工機等に適用された場合にも、最適性能を長期にわたって発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す断面図である。

【図２】図１における部分拡大断面図である。

【図３】本考案の他の実施例を示す部分拡大断面図であ
る。

【図４】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング １ｃ 位置決め面 ２ 主軸 ２ａ スラスト板 ３ ジャーナル気体軸受 ４ ジャーナル気体軸受 ５ スラスト気体軸受 ６ 第１の軸受スリーブ ６ａ ジャーナル軸受面 ６ｂ スラスト軸受面 ６ｃ 当り面 ７ 第２の軸受スリーブ ７ａ ジャーナル軸受面 ８ Ｏリング（弾性体） ９ Ｏリング（弾性体） １０ スペーサ １５ Ｏリング（弾性体）

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの内径部に回転自在に収容し
   た主軸を、ジャーナル気体軸受とスラスト気体軸受とで
   ラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持するもの
   において、 主軸の外径面にジャーナル軸受隙間を介して対向するジ
   ャーナル軸受面、および、主軸に設けられたスラスト板
   の端面にスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸
   受面を具え、ハウジングに対して弾性的に支持された第
   １の軸受スリーブと、主軸の外径面にジャーナル軸受隙
   間を介して対向するジャーナル軸受面を具え、ハウジン
   グに対して弾性的に支持された第２の軸受スリーブと、
   第１の軸受スリーブと第２の軸受スリーブとの間に位置
   し、ハウジングに対して位置決め固定されたスペーサと
   を有するものであって、 第１の軸受スリーブにラジアル方向外側に突出した当り
   面を設けると共に、この当り面よりもスラスト板側の位
   置においてラジアル方向内側に突出した位置決め面をハ
   ウジング側に設け、かつ、第１の軸受スリーブとスペー
   サとの間に弾性体を圧縮介在させ、第１の軸受スリーブ
   をこの弾性体でスラスト板側に弾圧することにより、前
   記当り面を位置決め面にスラスト方向に弾性的に接触さ
   せたことを特徴とする静圧気体軸受スピンドル装置。
2. 【請求項２】 前記当り面および位置決め面を、第１の
   軸受スリーブのスラスト軸受面の近傍に設けたことを特
   徴とする静圧気体軸受スピンドル装置。
3. 【請求項３】 前記当り面および位置決め面のうち少な
   くとも一方に、表面処理を施したことを特徴とする静圧
   気体軸受スピンドル装置。